美科学家首次从活体植物细胞中提取电子

【字体: 时间:2010年04月20日 来源:中国科技网

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  据美国物理学家组织网4月14日(北京时间)报道,美国斯坦福大学研究人员利用可进行光合作用的海藻细胞生成了微弱的电流,被认为是在生产清洁、高效的“生物电”历程中迈出的第一步。相关研究发表在近期出版的《纳米快报》杂志上。

  

据美国物理学家组织网4月14日(北京时间)报道,美国斯坦福大学研究人员利用可进行光合作用的海藻细胞生成了微弱的电流,被认为是在生产清洁、高效的“生物电”历程中迈出的第一步。相关研究发表在近期出版的《纳米快报》杂志上。

所谓光合作用是指植物、藻类和某些细菌等利用叶绿素,在阳光的作用下,把经由气孔进入叶子内部的二氧化碳、水或是硫化氢转化为葡萄糖等碳水化合物,同时释放氧气的过程。这一过程的关键参与者是被称为“细胞发电室”的叶绿体。在叶绿体内水可被分解成氧气、质子和电子。阳光渗透进叶绿体推动电子达到一个能量水平高位,使蛋白可以迅速地捕获电子,并在一系列蛋白的传递过程中逐步积累电子的能量,直到所有的电子能量在合成糖类时消耗殆尽。

作为此项研究的主导人员,柳在亨(译音)表示,他们是首个从活体植物细胞中提取电子的研究团队。研究小组使用了专为探测细胞内部构造而设计的一种独特的纳米金电极。将电极轻轻推进海藻细胞膜,使细胞膜的封口包裹住电极,并保证海藻细胞处于存活状态。在将电极推入可进行光合作用的细胞时,电子被阳光激发并达到最高能量水平,研究人员就对其进行“拦截”:将金电极放置在海藻细胞的叶绿体内,以便快速地“吸出”电子,从而生成微弱的电流。科学家表示,这一发电过程不会释放二氧化碳等常规副产品,仅会产生质子和氧气。

研究人员表示,他们能从单个细胞中获取仅1微微安培的电流,这一电流十分微弱,需要上万亿细胞进行为时1小时的光合作用,这只等同于存储在一节AA电池中的能量。同时,由于包裹在电极周围的细胞膜发生破裂或者细胞遗失原本用于自养的能量,都可能导致海藻细胞的死亡。因此研究团队下一步将致力于优化目前的电极设计,以延长活体细胞的生命,并将借助具有更大叶绿体、更长存活时间的植物等进行研究。

柳在亨称,目前研究仍处于初级阶段,研究人员正通过单个海藻细胞证明是否能获取大量的电子。他表示,这是潜在的、最清洁的能量生成来源之一,聚集电子发电的效率也将大大超越燃烧生物燃料所生成的能量,与太阳能电池的发电效率相当,并有望在理论上达到100%的能量生成效率。但这一方式在经济上是否合算,还需要进一步的探寻。
 

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